星载平板有源SAR天线热设计与验证

合成孔径雷达天线是微波遥感卫星的重要载荷之一,一般具有尺寸大、收发单元多、热耗大、工作模式多等特点。载荷热耗峰值可达7000W,同时为减小热变形对指向精度的影响,设备温度一致性需优于10℃。因此大功率组件散热和温度一致性保持是合成孔径雷达天线热控的主要难题。采用被动和主动相结合的热控手段,合理设计散热通道,解决设备的散热难题;采用等温化设计,布置热管网络,降低设备间温差;采用新型智能随动控温方法,解决不同工作模式切换、空间外热流变化、辐射耦合带来的温度梯度保持难题。采用Thermal Desktop软件对天线进行了热仿真分析,并进行了热平衡试验。分析、试验结果和在轨测试结果表明温度和温差均满足要求。该设计方法可为大功率有源合成孔径雷达天线热设计提供借鉴。     

热设计分析在雷达天线中的应用

通过对雷达天线中的大功率元件散热设计实例,给出了强迫风冷散热风道结构参数的设计方法和步骤,并采用Fluent公司的热分析软件ICEPAK对风冷散热进行了仿真验证。     

高轨星载GNSS天线与平台结构一体化热耦合设计方法

为解决星外天线在轨较大温差所产生的热变形过大,以及热控为减小温差所产生的整星资源消耗等一系列问题,提出了一种高轨卫星星载全球导航卫星系统(GNSS)天线热设计方法。通过将天线"镶嵌"在卫星对地板里,使天线与整星机热一体化耦合,利用整星内部的辐射热环境减小天线高低温差,降低主动控温加热器占空比,从而为整星节省能源消耗。通过热仿真分析验证,与传统的隔热设计对比,寿命末期冬至最高温降低6.7℃,加热器占空比减小35.8%,每个轨道周期能源消耗减小928 kJ。通过在轨验证,该方法可供同类高轨卫星天线热设计借鉴。     

倾斜轨道卫星活动天线热控特点分析

对某低轨倾斜圆轨道卫星的外热流环境进行了分析。用蒙特卡罗法计算了卫星六个表面的外热流。研究了该轨道条件下舱外活动天线热控特点,提出了该类卫星活动天线的热控设计原则和初步方案。     

GEO卫星红外地球敏感器热设计敏感性分析

文章提出了一种GEO卫星红外地球敏感器的热设计方法,建立了红外地球敏感器热数学模型,对影响红外地球敏感器散热的热设计要素进行敏感性定量分析,以指导优化热设计。分析验证表明:经过优化的红外地球敏感器热控方案,能很好地满足卫星15 a寿命期红外地球敏感器工作温度要求。该设计方法已在“东方红四号”平台系列卫星上成功应用,并得到在轨验证。     

具有大型微波天线的卫星构型设计综述

从星载大型微波天线出发,简述了国外平面相控阵和反射面两种体制的天线构型特点。结合国外大型微波天线卫星的构型实例,探讨了卫星的构型设计与布局特点,提出了我国大型微波天线卫星有效载荷天线与星本体构型一体化设计等的启示与建议,可为此类卫星的构型设计提供参考。     

星载缝隙波导微波天线热控方案研究与验证

微波天线阵面的热变形是影响在轨指向精度的关键因素,如何解决大功率器件的散热问题至关重要。某微波天线热耗峰值近万瓦,在近20 m²的全阵面内,需要保证收发(TR)组件的温升和补偿加热器的功耗不能过高。针对某微波天线特有的工作模式和外热流情况,提出了机械泵驱动流体回路(MPFL)、双面散热和相变热管 3种热控方案,并分析了各自的特点和适用性。为解决天线内部狭小空间的辐射传导耦合问题,开展了单模块热阻实验分析与优化,并得到了在轨测试的验证。     

基于带状线结构的一体化阵列天线设计

文章采用双面对称的辐射振子与1分20的Wilkinson功分器实现C波段一体化阵列天线设计。辐射振子及馈电网络设计为带状线结构。仿真及测试结果表明,在所要求的频段内,天线的输入驻波小于1．3,副瓣电平小于-26．5dB,满足了实际使用的要求。该设计思路和设计方法具有很好的扩展性。     

应用于IGSO卫星的数字太阳敏感器热控设计

相对于传统太阳敏感器(热耗为零)而言,国内新研制的数字太阳敏感器线路板上的芯片具有一定热耗。为解决其散热问题,以应用于倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星的数字一体化太阳敏感器为例,提出了较为简单有效的热控方案,建立热物理模型对数字太阳敏感器进行组件级热分析,并通过在轨飞行数据验证了设计的合理性。结果表明:对于具有一定热流密度的小尺寸部件而言,在辐射换热面积增幅较为有限的条件下,有效增大其传导换热的热控方案要明显优于加强辐射换热的方案;同时要结合外热流情况,优化选择散热面。此方案可较好地满足印制电路板(PCB)上各芯片结温的一级降额温度指标要求,也可为同类产品的设计提供参考。     

一种GEO卫星星敏感器热控设计

为解决目前地球静止轨道(GEO)卫星星敏感器热控设计复杂、实施难度大的问题,提出了一种辐射小舱式星敏感器热控设计方案。以东方红-4(DFH-4)平台GEO卫星星敏感器采用辐射小舱式热控设计方案为实例,利用热分析软件TMG建模进行了热分析验证,并根据分析结果对其布局进行了优化。优化结果表明:采用辐射小舱式热控设计方案时,星敏感器的在轨预示温度范围在-26.2～+22.2℃,能很好地满足其温度指标要求,设计方案合理可行,可为GEO卫星上同类设备的热控设计提供参考。     

空间站空空支架天线热设计与仿真分析

为研究核心舱飞行姿态、空间外热流、核心舱发动机羽流参数以及天线外表面热控涂层对空间站空空支架天线温度的综合影响,验证天线被动热控设计的有效性,进行了2种低温工况和6种高温工况的热分析。结果显示：低温工况下,通信天线惯性飞行时的最低温度低于正向飞行时的;展开臂多层表面最低温度为-85 ℃,满足温控指标。高温工况下,通信天线惯性飞行时的温度高于正向飞行时的;轨控发动机的羽流热效应大于偏航发动机的。通信天线内外表面均喷涂ACR-1温控白漆,1倍轨控发动机羽流热流密度时,最高温度为123 ℃,可满足实际使用要求。     

航天飞行器热防护系统的一体化设计

航天飞行器进入大气层时经受强烈的气动加热,需借助于热防护系统以保护其免受气动热的伤害;飞行器机翼前缘和鼻罩是最高温区,该处的温差相当大,热防护措施尤其重要。作为热防护系统一方面要抵抗强热的冲击,另一方面要最大限度地减少气动热传入结构的内壁,这就对防热系统所用材料提出不同的要求。抗热冲击要求材料质密而隔热但又要求质轻,这就是矛盾所在。随着复合材料的发展,这对矛盾可以通过利用不同材料特性把防热系统分层来解决,从而导致一体化设计的概念和方法。本文利用热传导理论对两层结构的防热系统进行一体化设计分析。     

高精度伞状天线热设计优化及热平衡试验验证

高精度伞状天线温度场影响天线在轨运行型面精度,而天线肋组件作为天线型面保持最重要的部件,其热控设计合理性对保证天线在轨正常工作尤为关键。通过对天线肋组件采取保温、加热设计,在热控实施过程中控制影响漏热的主要因素,使得天线肋温度满足在轨使用要求,通过整机热平衡试验验证了天线肋热设计的合理性。     

面向大型反射面天线结构的机电综合设计与分析系统

针对天线机电分离设计的现状,研究了天线机电综合集成技术和天线组合结构理论, 并采用精确PO法分析天线远区辐射电场,建立了面天线参数化设计的层次结构,解决了由背 架、反射面和中心体等组成的组合结构网格自动划分难题,研制了天线结构分析与电磁计算 综合集成系统。实现了天线虚拟样机的参数化设计、机电性能分析与判断,可获得天线位移 云图、应力云图与电场方向图等准确的重要指标信息。该系统可用来指导天线结构设计人员 的工作,改进天线设计手段和方法,提升设计分析质量,达到缩短设计周期、降低设计成本 的目的。     

地球静止轨道凝视型相机热分析与热设计

空间光学遥感器在轨运行过程中要承受太阳辐射和空间冷热沉、黑热沉等恶劣温度环境的影响。为确保相机在轨正常运行并拥有较高的成像品质,需要对相机进行精确的热控设计。根据地球静止轨道太阳辐射外热流特点,详细分析了静止轨道凝视相机热设计的重点和难点,并针对热设计中可能遇到的问题提出相应解决方案。     

星载SAR有源相控阵天线集成架构发展与关键技术

针对传统有源相控阵天线质量重、体积大的问题,文章通过对国内外星载合成孔径雷达(SAR)有源相控阵天线发展的总结,介绍了砖块式有源相控阵天线架构设计、一体化有源相控阵天线架构设计和片式有源相控阵天线架构设计,提出了星载SAR有源相控阵天线的发展趋势：柔性薄膜有源相控阵天线,并分析了柔性薄膜有源相控阵天线关键技术,可为我国星载SAR有源相控阵天线的发展提供参考。     

多重叠可展开天线反射器热控设计和数值分析

本文以某型号通信卫星多重叠可展开固面天线反射器的温度控制要求为基础,在充分考虑传统反射器热控方案的情况下提出了两种改进型的热控方案,并数值对比分析了传统热控方案和两种改进型热控方案对反射器的在轨温度控制能力,指出了两种改进型热控方案的优缺点和适用性,对反射器的热控设计起到指导作用。     

静止轨道毫米波与亚毫米波探测仪天线电性能设计

静止轨道毫米波与亚毫米波探测仪天线系统是静止轨道微波遥感的关键技术之一,文章对天线系统方案进行了设计,给出了天线电性能仿真分析结果,并考虑了天线的形面及装配校准误差对天线电性能的影响程度,同时对天线的馈电系统方案进行了设计。     

吸波热沉在微波雷达成像卫星真空热试验中的应用

在微波雷达成像卫星的整星真空热试验中,需采取特殊措施吸收SAR天线T/R组件发射出的大功率微波,以保护组件不被损伤。文章介绍了一种新型外热流模拟装置——吸波热沉,兼具吸波和外热流模拟2方面的功能。为验证吸波热沉在真空热试验时的有效性,设计了一套验证试验方案,试验结果表明:吸波热沉可以满足真空热试验的外热流模拟精度需求,偏差在4%以内。该装置已在某微波雷达成像卫星的真空热试验中成功应用。